В качестве основного показателя при оценке ресурса элемента на планируемый период эксплуатации должна приниматься безотказность работы элемента до проведения очередного контроля технического состояния или регламентированного ремонта. На этот период должен быть обеспечен (подтвержден расчетами) ресурс элемента с требуемой надежностью в заданных условиях и режимах эксплуатации.
Поскольку параметры, характеризующие механизм старения на стадии простоя и хранения и на стадии последующей (предыдущей) эксплуатации, могут быть различными, то при разработке методики и оценке ресурса должно учитываться различие условий предшествующей эксплуатации с одной стороны, длительного простоя и хранения с другой стороны, и условий последующей эксплуатации элемента, с третьей стороны. В соответствии с этим оценка остаточного ресурса должна выполняться в две стадии. Остаточный ресурс элемента, характеризующий текущее техническое состояние элемента, определенный в результате оценки на первой стадии, является исходным для оценки на второй стадии (стадии последующей эксплуатации). В связи с этим необходимо установить определяющие параметры технического состояния и критерии предельного состояния как для условий простоя и хранения, так и для условий последующей (предыдущей) эксплуатации элемента.
При оценке ресурса тепломеханических элементов расчеты на прочность выполняются в следующих случаях:
- при отсутствии соответствующего расчета в проектно-конструкторской документации (ПКД);
- при несоответствии фактических механических свойств металла значениям, принятым в проектных расчетах на прочность;
- при наличии неустраненных дефектов (в том числе утонении стенок или изменении формы элементов);
- при исчерпании циклов нагружения, установленных в ПКД;
- если при эксплуатации возникали режимы нагружения, параметры которых превышали предусмотренные в ПКД;
- если при анализе режимов предшествующей и/или последующей эксплуатации выявлены механизмы старения металла, не учтенные в конструкторских (проектных) расчетах.
При недостатке данных для проведения расчетов проводятся экспериментальные исследования состояния, свойств и характеристик материалов для получения дополнительной (а также отсутствующей в технической документации) информации о напряжениях и деформациях и других показателях с учетом фактических свойств материалов, необходимой для установления механизмов повреждений и/или расчетов остаточного ресурса.
Результаты расчетов, выполненные по методикам, не регламентированным непосредственно для обследуемого элемента, должны быть проверены экспериментальными методами. При этом могут применяться (при достаточном теоретическом и экспериментальном обосновании) методы моделирования и ускоренные методы испытаний.
При наличии результатов контроля дефектности металла конструкции и уточненных данных по механическим свойствам, структуре и химическому составу материала конструкции оценка остаточного ресурса элементов оборудования может выполняться по методикам:
- расчета остаточного ресурса по критерию сопротивления усталости;
- оценки индивидуального ресурса по критерию сопротивления развитию трещины усталости;
- расчета предельных состояний конструкции с трещинами с использованием критериев сопротивления хрупкому, квазихрупкому и вязкому разрушению;
- расчета прочности и ресурса в вероятностном аспекте.
Методика первого типа [73,74] позволяет получить уточненные оценки индивидуального остаточного ресурса по критерию зарождения трещины усталости.
При наличии обнаруженных дефектов используется методика второго типа [75], основанная на определении скорости роста трещины до критического размера. Но остаточный ресурс конструкции с трещиной определяется не только скоростью роста трещины, но и критическим размером трещины: чем больше критический размер трещин, тем больше ресурс. Поэтому в соответствии с методикой [76] определяются допустимые дефекты металла с использованием критериев сопротивления хрупкому, квазихрупкому и вязкому разрушению.
Цель анализа прочности и ресурса в вероятностном аспекте — получение количественных вероятностных характеристик прочности и ресурса, которые являются, по существу, оценками надежности. При расчетах прочности, ресурса и надежности элементов конструкций в вероятностном аспекте коэффициенты запаса прочности, как правило, не используют, а, следовательно, не используют понятия допустимых напряжений, циклов нагружения, температур и т.п. Цель расчетов - определение вероятности сохранения рассматриваемой конструкцией прочности по различным критериям сопротивления разрушению.
Ресурс безопасной эксплуатации в вероятностном аспекте может быть определен как время, в течение которого обеспечиваются условия прочности с заданной вероятностью. Например, в случае применения критерия сопротивления вязкому разрушению конструкции, не содержащей трещин, такие условия могут быть выражены в виде вероятности появления в конструкции недопустимых деформаций или вероятности разрушения.
Для корпуса реактора условие прочности можно выразить в виде [4]:
Рр < [Рр] = 10-7 (реактор-год)-1,
а для 1-го контура (рекомендации МАГАТЭ):
Рр <[ Рр] = 10-5 (реактор-год)-1, где РР и [РР] — вероятность и допустимая вероятность разрушения, соответственно.
При переназначении (установлении) ресурсных характеристик элементов, в случае необходимости, разрабатываются организационно-технические мероприятия по обеспечению их надежной и безопасной эксплуатации. Такие мероприятия в общем случае могут включать:
- оптимизацию технического обслуживания и ремонта (ТОиР);
- модернизацию элементов или их составных частей;
- использование дополнительных методов и средств контроля и диагностирования для контроля технического состояния;
- исследования напряженно-деформированного состояния;
- исследования характеристик конструкционных материалов в период последующей эксплуатации;
- оптимизацию (смягчение) условий и режимов эксплуатации;
- замену отдельных узлов или деталей вследствие их технического состояния или исчерпания ресурса.
Замена производится в случаях:
- несоответствия технического состояния и ресурсных характеристик требованиям, установленным в эксплуатационной, проектно-конструкторской и нормативной документации для невосстанавливаемого элемента;
- невозможности или экономической нецелесообразности восстановления ресурсной характеристики для восстанавливаемого элемента.
По результатам всех вышеописанных работ должно быть выдано Заключение о техническом состоянии, остаточном ресурсе элемента и возможности применения в проекте достройки энергоблока. В Заключении должны быть указаны:
- критерии оценки и способы подтверждения остаточного ресурса элемента энергоблока с требуемой надежностью на планируемый срок эксплуатации;
- дата следующего контроля технического состояния элемента или регламентированного ремонта;
- перечень документации, на основе которой осуществлялась оценка.
Экспертное заключение готовится организациями, проводившими обследование и анализ соответствия оборудования и сооружений требованиям действующих НД, имеющими опыт конструирования, изготовления или монтажа данного или аналогичного оборудования, имеющими лицензии на конструирование и изготовление данного оборудования. Экспертное заключение согласовывается с разработчиком проекта АС и разработчиком проекта РУ по оборудованию, входящему в границы их ответственности.
